[發(fā)明專利]一種基于CT快速成像的負載敏感巖芯加載方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510374060.4
• 申請日: 2015-07-01
• 公開（公告）號: CN105043868B
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙毅鑫;趙弘;龔爽
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖芯加載技術(shù)和工業(yè)計算機斷層掃描成像技術(shù)，尤其涉及一種基于CT快速成像的負載敏感巖芯加載方法。

背景技術(shù)

巖石作為地球形成、地殼地質(zhì)活動衍化的產(chǎn)物，被廣泛應(yīng)用于各類建筑物地基、圍巖或建筑材料等工程建設(shè)領(lǐng)域。抗壓強度作為巖石物理力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)之一，能直接反映巖石的堅硬程度。在礦山、地質(zhì)、冶金、鐵路、公路、水電水利及其他工程建設(shè)領(lǐng)域，巖石抗壓強度是劃分巖石堅硬程度、開挖分級并確定可鉆性等的重要依據(jù)。

然而，在傳統(tǒng)的巖石壓縮試驗機條件下，在試件達到峰值強度前，試件的變形是逐步和緩慢的，當(dāng)達到峰值強度后，試件將發(fā)生突發(fā)性破壞，試件被崩裂，巖石碎塊四面飛射，并伴隨很大聲響，試驗突然停止，只能得到巖石試件的半程應(yīng)力應(yīng)變曲線，無法獲取其峰后變形和強度特征。目前，針對如何滿足巖石的全程壓縮試驗要求已有一些研究。大部分研究的重點在于如何提高試驗機的剛度，為此出現(xiàn)了剛性試驗機。然而剛性試驗機加載條件單一，對于特定試驗對象只能采用單一的位移加載或應(yīng)力加載條件，不利于獲取準(zhǔn)確的峰后變形和強度特征；對試驗機等機械加載裝置要求較高，試驗設(shè)備復(fù)雜、體積龐大，不適宜一般機構(gòu)的推廣使用；不能根據(jù)試驗巖芯的不同種類設(shè)定適宜的加載速度或應(yīng)力條件，設(shè)備性能還需繼續(xù)提高。

因此，如何改進試驗加載條件以獲取巖芯的全程壓縮應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)成為重要的研究內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種基于CT快速成像的負載敏感巖芯加載方法，基于該方法，可以通過微焦點CT掃描儀對加載巖芯表面固定位置處的軸向應(yīng)變量和環(huán)向應(yīng)變量進行實時監(jiān)測，并通過主控計算設(shè)備將結(jié)果反饋至機械加載裝置并調(diào)節(jié)其加載方式，最大程度地準(zhǔn)確獲取負載敏感巖芯的全程應(yīng)力應(yīng)變曲線。

本發(fā)明其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于CT快速成像的負載敏感巖芯加載方法，所需加載系統(tǒng)包括：主控計算設(shè)備、重金屬隔離室、工業(yè)CT掃描加載實驗臺和微焦點CT掃描儀，所述工業(yè)CT掃描加載實驗臺的垂直轉(zhuǎn)臺上設(shè)置有機械加載裝置，所述主控計算設(shè)備與所述機械加載裝置通過無線網(wǎng)絡(luò)遠程連接，所述主控計算設(shè)備通過有線線纜與所述微焦點CT掃描儀的數(shù)據(jù)采集器相連接，所述微焦點CT掃描儀對所述加載巖芯表面固定位置處的軸向應(yīng)變量和環(huán)向應(yīng)變量進行實時監(jiān)測，并通過所述主控計算設(shè)備處理后將結(jié)果反饋至所述機械加載裝置并調(diào)節(jié)其加載方式，以準(zhǔn)確獲取負載敏感巖芯的全程應(yīng)力應(yīng)變曲線。

在上述一種基于CT快速成像的負載敏感巖芯加載方法中，優(yōu)選所述工業(yè)CT掃描加載實驗臺位于重金屬隔離室內(nèi)，其垂直方向設(shè)置有機械加載裝置，機械加載裝置連接有第一無線收發(fā)器，并包含傳感器和嵌入式處理系統(tǒng)。

在上述一種基于CT快速成像的負載敏感巖芯加載方法中，優(yōu)選所述巖芯表面設(shè)置有軸向應(yīng)變量監(jiān)測點或環(huán)向應(yīng)變量監(jiān)測點，軸向應(yīng)變量監(jiān)測點應(yīng)均勻分布于巖芯軸向中心兩端，環(huán)向應(yīng)變量監(jiān)測點在靠近巖芯中部附近。

在上述一種基于CT快速成像的負載敏感巖芯加載方法中，優(yōu)選所述微焦點CT掃描儀包括X射線管(源)、扇形X射線束、數(shù)據(jù)采集器、旋轉(zhuǎn)控制器和旋轉(zhuǎn)控制器上的轉(zhuǎn)盤，旋轉(zhuǎn)控制器上的轉(zhuǎn)盤位于旋轉(zhuǎn)控制器上方，X射線管(源)發(fā)射扇形X射線束，數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù)，對巖芯表面固定位置處的軸向應(yīng)變量和環(huán)向應(yīng)變量進行實時監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)采集器上的監(jiān)測結(jié)果通過有線線纜傳輸至所述主控計算設(shè)備。

在上述一種基于CT快速成像的負載敏感巖芯加載方法中，優(yōu)選所述主控計算設(shè)備為個人計算機，連接有第二無線收發(fā)器，通過有線線纜與所述無線接收模塊相連，通過有線線纜與所述微焦點CT掃描儀的數(shù)據(jù)采集器相連接，其總線上連接有人機界面模塊，主控計算設(shè)備可設(shè)定應(yīng)變量變化閾值，當(dāng)所述巖芯表面監(jiān)測點軸向應(yīng)變量或環(huán)向應(yīng)變量到達設(shè)定閾值時，所述主控計算設(shè)備將調(diào)節(jié)所述工業(yè)CT掃描加載實驗臺的加載方式由位移控制轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)力控制。

相對于現(xiàn)有技術(shù)中，本發(fā)明具有如下有益效果：

通過微焦點CT掃描儀對加載巖芯表面固定位置處的軸向應(yīng)變量和環(huán)向應(yīng)變量進行實時監(jiān)測，并通過主控計算設(shè)備將結(jié)果反饋至機械加載裝置并調(diào)節(jié)其加載方式，最大程度地準(zhǔn)確獲取負載敏感巖芯的全程應(yīng)力應(yīng)變曲線。本發(fā)明克服了長期以來由于“軟”性試驗機的剛度不足引起試件突發(fā)性破壞從而無法得到其全應(yīng)力-應(yīng)變曲線的缺陷，可以精確獲取巖芯峰后變形和強度特征，為作業(yè)形式和檢測手段等關(guān)鍵技術(shù)的研究開發(fā)提供了有利的條件。

附圖說明